CN113199238B - 一种六自由度微米级同轴度调节装置及调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种同轴度调节装置，具体涉及一种六自由度微米级同轴度调节装置及调节方法，用于解决现有技术所存在的或是调节难度大，或是调节自由度少，或是工作过程中同轴度稳定性较差的不足之处。该六自由度微米级同轴度调节装置包括用于放置拟调节旋转件的支撑板、用于设置支撑板的平台、三组第一顶进结构、至少三组螺栓组件和四组第二顶进结构；所述支撑板底部与拟调节旋转件对应固定轴垂直的两侧边分别设置有斜面，所述第一顶进结构位于在支撑板与平台之间，所述支撑板和平台上通过螺栓组件连接，所述螺栓组件的螺杆与对应孔的孔壁保持间隙，所述第二顶进结构位于支撑板的四个侧壁。本发明还提供一种六自由度微米级同轴度调节方法。

Description

一种六自由度微米级同轴度调节装置及调节方法

技术领域

本发明涉及一种同轴度调节装置，具体涉及一种六自由度微米级同轴度调节装置及调节方法。

背景技术

在机械工程中，两种旋转设备的轴连接或两精密配合的组件连接时,若同轴度误差超差，将造成轴承上的附加力，从而严重降低轴承的使用寿命，造成机器振动、能量消耗增加、零件疲劳破坏等一系列影响，因此同轴度的调节十分关键。

在《保偏光纤对轴中的同轴度调节》(光学精密工程，2014.1,22(1):125～131)一文中，介绍了一种采用显微视觉下位移调节的方法调节同轴度，但所用设备昂贵，并且调节难度较大。

在《一种利用寻边器和XYZ平台测量和调节同轴度的方法》(工程与试验，2012.Sep，52(3)：45～48)一文中，通过旋转XYZ平台各轴丝杆调节电主轴和测功机的同轴度，在中国专利CN201302538Y同轴度调节器、中国专利CN206982131U一种泵组同轴度调节工具、中国专利CN203993073U一种铰接式自卸车柴油机与发电机同轴度的调节工装和中国专利CN201760747U一种同轴度调节装置中均设有螺纹结构用于调节同轴度，但上述文章和专利均存在调节自由度少的不足之处。

中国专利CN205660377U用于原动机和泵连接的同轴度调节装置，通过调节块和调节螺钉实现了六个自由度的尺寸调节，但由于调节螺钉与承载平台间为点接触，工作过程中同轴度稳定性较差。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术所存在的或是调节难度大，或是调节自由度少，或是工作过程中同轴度稳定性较差的不足之处，而提供一种六自由度微米级同轴度调节装置及调节方法。

为解决现有技术所存在的不足之处，本发明提供了如下技术解决方案：

一种六自由度微米级同轴度调节装置，其特殊之处在于：包括用于放置拟调节旋转件的支撑板、用于设置支撑板的平台、三组第一顶进结构、至少三组螺栓组件和四组第二顶进结构；

在所述支撑板底部，与拟调节旋转件对应固定轴垂直的两侧边分别设置有斜面；

所述三组第一顶进结构位于支撑板与平台之间，分别设置在一侧边斜面的两端处和对称一侧边斜面的中点处；

所述第一顶进结构包括滑道、滑块和斜块，所述滑道固定设置在平台上，所述滑块位于滑道与斜块之间，滑块上部设有球形凸面，所述斜块下部设有球形凸面适配的球形凹面，斜块上部与支撑板的斜面接触，所述滑块外侧连接有调节组件；

所述支撑板和平台通过螺栓组件连接，所述螺栓组件的螺杆与对应孔的孔壁间保持间隙；

所述四组第二顶进结构分别设置在支撑板的四个侧壁；所述第二顶进结构包括第二挡板，所述第二挡板固定在平台上，第二挡板两侧设有对称的螺钉，所述螺钉端头与支撑板侧壁接触。

进一步地，所述调节组件包括第一挡板、调节螺杆、第一调节螺母和第二调节螺母，所述第一挡板固定设置在平台上，第一挡板上设有通孔，所述调节螺杆一端穿过通孔与第一挡板相连，并在通孔两侧分别连接有第一调节螺母和第二调节螺母，调节螺杆另一端与滑块相连。

进一步地，所述第二顶进结构还包括安装在螺钉上并位于第二档板外侧的锁紧螺母，所述螺钉可通过锁紧螺母锁紧在第二档板上。

进一步地，所述螺栓组件还包括两个螺母和球面垫圈，两个螺母分别为上螺母和下螺母，所述螺杆在支撑板上部安装有球面垫圈和上螺母，在平台下部安装有球面垫圈和下螺母，球面垫圈分别位于上螺母与支撑板之间，或者下螺母与平台之间。

进一步地，所述多个螺栓组件位于靠近第一顶进结构处，并沿旋转件轴线对称。

进一步地，所述螺钉为单线全螺纹结构，螺钉的螺纹端头为球面。

同时，本发明还提供了一种六自由度微米级同轴度调节方法，其特殊之处在于，使用上述一种六自由度微米级同轴度调节装置，包括以下步骤：

步骤1)、连接支撑板与旋转件；定义固定轴的轴线为y轴，同一水平面上与y轴垂直的方向为x轴，与x轴、y轴所在水平面垂直的方向为z轴；

步骤2)、对旋转件的调节轴与固定轴的同轴度初步进行检测，根据检测结果对旋转件的调节轴开始调整；

步骤3)、通过螺栓组件和第一顶进结构调整旋转件的调节轴在z轴方向的位移；

步骤4)、通过螺栓组件和第一顶进结构调整旋转件的调节轴绕x轴方向的旋转角度；

步骤5)、通过螺栓组件和第一顶进结构调整旋转件的调节轴绕y轴方向的旋转角度；

步骤6)、通过螺栓组件和第二顶进结构调整旋转件的调节轴在x轴、y轴方向的位移；

步骤7)、通过螺栓组件和第二顶进结构调整旋转件的调节轴绕z轴方向的旋转角度；

上述步骤3)至步骤7)没有先后顺序，可以互换顺序位置分别进行，也可以同时进行；

步骤8)、检测旋转件的调节轴与固定轴的同轴度是否符合要求，若符合，则同轴度调整结束，若不符合，则返回步骤3)或步骤4)或步骤5)或步骤6)或步骤7)继续进行调节，直至检测旋转件的调节轴与固定轴的同轴度符合要求。

进一步地，所述步骤3)的具体实施方式为：松开每个螺栓组件的一个螺母，对于三组第一顶进结构，通过调节调节组件，使滑块相对远离或靠近支撑板中心移动相同距离，即可调整旋转件的调节轴在z轴方向的位移，调节结束后，锁紧多个螺栓组件；

所述步骤4)的具体实施方式为：对于位于一侧边斜面中点的第一顶进结构，松开靠近其的每组螺栓组件的一个螺母，通过调节调节组件，使滑块相对远离或靠近支撑板中心移动，即可调整旋转件的调节轴绕x轴方向的旋转角度，调节结束后，锁紧多个螺栓组件；

所述步骤5)的具体实施方式为：松开每个螺栓组件的一个螺母，对于位于一侧边斜面两端的两组第一顶进结构，通过调节调节组件，使一组的滑块相对远离支撑板中心移动一定距离，另一组的滑块相对靠近支撑板中心移动相同距离，即可调整旋转件的调节轴绕y轴方向的旋转角度，调节结束后，锁紧多个螺栓组件；

所述步骤6)的具体实施方式为：松开每个螺栓组件的一个螺母，通过调节三组第二顶进结构的螺钉，使螺钉端头与支撑板侧壁保持间隙；通过调节剩余一组第二顶进结构的螺钉，使螺钉端头相对靠近支撑板中心移动，即可调整旋转件的调节轴向x轴或y轴方向的位移；调节结束后，通过调节三组第二顶进结构的螺钉，使螺钉端头与支撑板侧壁接触，然后锁紧多个螺栓组件；

所述步骤7)的具体实施方式为：松开每个螺栓组件的一个螺母，通过调节四组第二顶进结构的螺钉，使得只有一个螺钉与支撑板侧壁接触，通过调整所述螺钉，使螺钉端头相对靠近支撑板中心移动，即可调整旋转件的调节轴绕z轴方向的旋转角度；调节结束后，通过调节四组第二顶进结构的螺钉，使其余七个螺钉端头与支撑板侧壁接触，然后锁紧多个螺栓组件。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明基于螺纹调节设置了第一顶进结构和第二顶进结构，用于实现旋转件的调节轴六个自由度微米级调整，具有结构简单、操作方便，调节精度高的优点。

(2)本发明中通过在滑块与斜块间设置球形凹凸面，使得斜块可以相对滑块旋转，当支撑面发生旋转后，斜块与支撑面的斜面始终为面接触，保证了同轴度的长期稳定性；

(3)本发明中多个螺栓组件的螺杆与对应孔的孔壁保持间隙，且在支撑板上部与上螺母、平台下部与下螺母间均设有球面垫圈，使得螺栓相对平台旋转后，螺栓组件仍能固定连接支撑板与平台，在大载荷、高频振动条件下，多个螺栓组件结合斜面进一步提升装置的承载性和同轴度稳定性。

附图说明

图1为本发明一个实施例的俯视图(省略平台)；

图2为本发明图1实施例的示意图(省略第二顶进结构)；

图3为本发明图1实施例中第一顶进结构的结构示意图；

图4为图3的A-A向剖视结构示意图。

附图标记说明如下：1-支撑板，11-斜面；2-平台；3-第一顶进结构，31-滑道，32-滑块，33-斜块，34-调节组件，341-第一挡板，342-调节螺杆，343-第一调节螺母，344-第二调节螺母；4-螺栓组件，41-螺杆，42-上螺母，43-下螺母；5-第二顶进结构，51-第二档板，52-螺钉，53-锁紧螺母；6-旋转件，61-调节轴；7-固定轴。

具体实施方式

下面结合附图和示例性实施例对本发明作进一步地说明。

参照图1-4，本发明提供一种六自由度微米级同轴度调节装置，其特殊之处在于：包括用于放置拟调节旋转件6的支撑板1、用于设置支撑板1的平台2、三组第一顶进结构3、至少三组螺栓组件4和四组第二顶进结构5；在所述支撑板1底部，与拟调节旋转件6对应固定轴7垂直的两侧边分别设置有斜面11，斜面11与支撑板1底面的夹角为5°。

所述三组第一顶进结构3位于在支撑板1与平台2之间，分别设置在一侧边斜面11的两端处、及对称一侧边斜面11的中点处。所述第一顶进结构3包括滑道31、滑块32、斜块33和调节组件34，所述滑道31固定设置在平台2上，所述滑块32位于滑道31与斜块33之间，所述滑道31上部与滑块32下部凹凸面配合，所述滑块32上部设有球形凸面，所述斜块33下部设有球形凸面适配的球形凹面，斜块33上部与支撑板1的斜面11接触，所述滑块32外侧连接有调节组件34。

所述调节组件34包括第一挡板341、调节螺杆342、第一调节螺母343和第二调节螺母344，所述第一挡板341固定设置在平台2上，所述第一挡板341上设有通孔，所述调节螺杆342为单线全螺纹结构，导程为0.25mm，调节螺杆342一端穿过通孔与第一挡板341相连，并在通孔两侧分别连接有第一调节螺母343和第二调节螺母344，调节螺杆342另一端与滑块32固定连接。

所述支撑板1和平台2通过四组螺栓组件4连接，所述螺栓组件4设置在靠近第一顶进结构3处，并沿旋转件6轴线对称，螺栓组件4包括螺杆41、上螺母42、下螺母43和球面垫圈，所述螺杆41在支撑板1上部安装有球面垫圈和上螺母42，在平台2下部安装有球面垫圈和下螺母43，球面垫圈分别位于上螺母42与支撑板1之间，或者下螺母43与平台2之间，所述螺杆41与对应孔的孔壁保持间隙。

所述四组第二顶进结构5分别设置于支撑板1的四个侧壁。所述第二顶进结构5包括第二挡板51、螺钉52和锁紧螺母53，所述第二挡板51竖直固定在平台2上，所述第二挡板51两侧设有对称的螺纹孔，所述螺钉52通过锁紧螺母53固定在螺纹孔内，螺钉52端头与支撑板1侧壁垂直接触，所述螺钉52为单线全螺纹结构，导程为0.25mm，螺钉52的螺纹端头为球面。

一种六自由度微米级同轴度调节方法，采用上述六自由度微米级同轴度调节装置，包括如下步骤：

步骤1)、连接支撑板1与旋转件6；定义固定轴7的轴线为y轴，同一水平面上与y轴垂直的方向为x轴，与x轴、y轴所在水平面垂直的方向为z轴；

步骤2)、对旋转件6的调节轴61与固定轴7的同轴度初步进行检测，根据检测结果对旋转件6的调节轴61开始调整；

步骤3)、通过螺栓组件4和第一顶进结构3调整旋转件6的调节轴61在z轴方向的位移；

松开多个螺栓组件4的下螺母43；

对于三组第一顶进结构3，松开第一调节螺母343，将第二调节螺母344旋转30°，使得滑块32相对靠近支撑板1中心移动距离20.8μm，再锁紧第一调节螺母343，即可使旋转件6的调节轴61在z轴方向上移1.8μm；

对于三组第一顶进结构3，松开第二调节螺母344，将第一调节螺母343旋转30°，使得滑块32相对靠近支撑板1中心移动距离20.8μm，再锁紧第二调节螺母344，即可使旋转件6的调节轴61在z轴方向下移1.8μm；

调节结束后，锁紧多个螺栓组件4的下螺母43；

步骤4)、通过螺栓组件4和第一顶进结构3调整旋转件6的调节轴61绕x轴方向的旋转角度；

保持位于一侧边斜面11两端的两组第一顶进结构3不移动；

对于位于一侧边斜面11中点的第一顶进结构4，先松开靠近其的每组螺栓组件4的下螺母，再松开第一调节螺母343，通过旋转第二调节螺母344使得滑块32相对靠近支撑板1中心移动，再锁紧第一调节螺母343，即可使旋转件6的调节轴61绕x轴方向逆时针旋转；

对于位于一侧边斜面11中点的第一顶进结构4，先松开靠近其的每组螺栓组件4的下螺母，再松开第一调节螺母343，通过旋转第一调节螺母343使得滑块32相对远离支撑板1中心移动，再锁紧第二调节螺母344，即可使旋转件6的调节轴61绕x轴方向顺时针旋转；

调节结束后，锁紧多个螺栓组件4的下螺母43；

步骤5)、通过螺栓组件4和第一顶进结构3调整旋转件6的调节轴61绕y轴方向的旋转角度；

松开多个螺栓组件4的下螺母43；对于位于一侧边斜面11两端的两组第一顶进结构3，松开其中一组的第一调节螺母343，通过旋转第二调节螺母344使得滑块32相对靠近支撑板1中心移动，再锁紧第一调节螺母343，然后松开另一组的第二调节螺母344，通过旋转第一调节螺母36使得滑块32相对远离支撑板1中心移动，再锁紧第二调节螺母344，即可使旋转件6的调节轴61绕y轴方向旋转；调节结束后，锁紧多个螺栓组件4的下螺母43；

步骤6)、通过螺栓组件4和第二顶进结构5调整旋转件6的调节轴61在x轴、y轴方向的位移；

松开多个螺栓组件4的下螺母43，通过调节三组第二顶进结构5的螺钉52和锁紧螺母53，使螺钉52端头与支撑板1侧壁保持间隙；

将剩余一组第二顶进结构5的两个螺钉52旋转10°，使两个螺钉52端头相对靠近支撑板1中心移动，即可使旋转件6的调节轴61向x轴或y轴方向移动6.9μm；

调节结束后，调节三组第二顶进结构5的螺钉52和锁紧螺母53，使螺钉52端头与支撑板1侧壁接触，最后锁紧多个螺栓组件4的下螺母43；

步骤7)、通过螺栓组件4和第二顶进结构5调整旋转件6的调节轴61绕z轴方向的旋转角度；

松开多个螺栓组件4的下螺母43，通过调节四组第二顶进结构5的螺钉52和锁紧螺母53，使得只有一个螺钉52端头与支撑板1侧壁接触，通过调整所述螺钉52及其锁紧螺母53，使螺钉52端头相对靠近支撑板1中心移动，即可调整旋转件6的调节轴61绕z轴方向的旋转角度；

调节结束后，通过调节四组第二顶进结构5的螺钉52和锁紧螺母53，使其余七个螺钉52端头与支撑板1侧壁接触，最后锁紧多个螺栓组件4的下螺母43；

上述步骤3)至步骤7)没有先后顺序，可以互换顺序位置分别进行，也可以同时进行；

检测旋转件的调节轴与固定轴的同轴度是否符合要求，若符合，则同轴度调整结束，若不符合，则返回步骤3)或步骤4)或步骤5)或步骤6)或步骤7)继续进行调节，直至检测旋转件的调节轴与固定轴的同轴度符合要求。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对于本领域的普通专业技术人员来说，可以对前述各实施例所记载的具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所保护技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种六自由度微米级同轴度调节装置，其特征在于：包括用于放置拟调节旋转件（6）的支撑板（1）、用于设置支撑板（1）的平台（2）、三组第一顶进结构（3）、至少三组螺栓组件（4）和四组第二顶进结构（5）；

在所述支撑板（1）底部，与拟调节旋转件（6）对应固定轴（7）垂直的两侧边分别设置有斜面（11）；

所述三组第一顶进结构（3）位于支撑板（1）与平台（2）之间，分别设置在一侧边斜面（11）的两端处和另一侧边斜面（11）的中点处；

所述第一顶进结构（3）包括滑道（31）、滑块（32）和斜块（33），所述滑道（31）固定设置在平台（2）上，所述滑块（32）位于滑道（31）与斜块（33）之间，滑块（32）上部设有球形凸面，所述斜块（33）下部设有球形凸面适配的球形凹面，斜块（33）上部与支撑板（1）的斜面（11）接触，所述滑块（32）外侧连接有调节组件（34）；所述调节组件（34）包括第一挡板（341）、调节螺杆（342）、第一调节螺母（343）和第二调节螺母（344），所述第一挡板（341）固定设置在平台（2）上，第一挡板（341）上设有通孔，所述调节螺杆（342）一端穿过通孔与第一挡板（341）相连，并在通孔两侧分别连接有第一调节螺母（343）和第二调节螺母（344），调节螺杆（342）另一端与滑块（32）相连；

所述支撑板（1）和平台（2）通过螺栓组件（4）连接，所述螺栓组件（4）的螺杆（41）与对应孔的孔壁间保持间隙；

所述四组第二顶进结构（5）分别设置在支撑板（1）的四个侧壁；

所述第二顶进结构（5）包括第二挡板（51），所述第二挡板（51）固定在平台（2）上，第二挡板（51）两侧设有对称的螺钉（52），所述螺钉（52）端头与支撑板（1）侧壁接触。

2.根据权利要求1所述的一种六自由度微米级同轴度调节装置，其特征在于：所述第二顶进结构（5）还包括安装在螺钉（52）上并位于第二挡板（51）外侧的锁紧螺母（53），所述螺钉（52）可通过锁紧螺母（53）锁紧在第二挡板（51）上。

3.根据权利要求2所述的一种六自由度微米级同轴度调节装置，其特征在于：所述螺栓组件（4）还包括两个螺母和球面垫圈，两个螺母分别为上螺母（42）和下螺母（43），所述螺杆（41）在支撑板（1）上部安装有球面垫圈和上螺母（42），在平台（2）下部安装有球面垫圈和下螺母（43），球面垫圈分别位于上螺母（42）与支撑板（1）之间，或者下螺母（43）与平台（2）之间。

4.根据权利要求1 至3任一所述的一种六自由度微米级同轴度调节装置，其特征在于：多个所述螺栓组件（4）位于靠近第一顶进结构（3）处，并沿旋转件（6）轴线对称。

5.根据权利要求4所述的一种六自由度微米级同轴度调节装置，其特征在于：所述螺钉（52）为单线全螺纹结构，螺钉（52）的螺纹端头为球面。

6.一种六自由度微米级同轴度调节方法，其特征在于，使用权利要求1至5任一所述的一种六自由度微米级同轴度调节装置，包括以下步骤：

步骤1）、连接支撑板（1）与旋转件（6）；定义固定轴（7）的轴线为y轴，同一水平面上与y轴垂直的方向为x轴，与x轴、y轴所在水平面垂直的方向为z轴；

步骤2）、对旋转件（6）的调节轴（61）与固定轴（7）的同轴度初步进行检测，根据检测结果对旋转件（6）的调节轴（61）开始调整；

步骤3）、通过螺栓组件（4）和第一顶进结构（3）调整旋转件（6）的调节轴（61）在z轴方向的位移；

步骤4）、通过螺栓组件（4）和第一顶进结构（3）调整旋转件（6）的调节轴（61）绕x轴方向的旋转角度；

步骤5）、通过螺栓组件（4）和第一顶进结构（3）调整旋转件（6）的调节轴（61）绕y轴方向的旋转角度；

步骤6）、通过螺栓组件（4）和第二顶进结构（5）调整旋转件（6）的调节轴（61）在x轴、y轴方向的位移；

步骤7）、通过螺栓组件（4）和第二顶进结构（5）调整旋转件（6）的调节轴（61）绕z轴方向的旋转角度；

步骤8）、检测旋转件（6）的调节轴（61）与固定轴（7）的同轴度是否符合要求，若符合，则同轴度调整结束，若不符合，则返回步骤3）或步骤4）或步骤5）或步骤6）或步骤7)继续进行调节，直至检测旋转件（6）的调节轴（61）与固定轴（7）的同轴度符合要求。

7.根据权利要求6所述的一种六自由度微米级同轴度调节方法，其特征在于：

所述步骤3）的具体实施方式为：松开每个螺栓组件（4）的一个螺母，对于三组第一顶进结构（3），通过调节调节组件（34），使滑块（32）相对远离或靠近支撑板（1）中心移动相同距离，即可调整旋转件（6）的调节轴（61）在z轴方向的位移，调节结束后，锁紧多个螺栓组件（4）；

所述步骤4）的具体实施方式为：对于位于一侧边斜面（11）中点的第一顶进结构（3），松开靠近其的每组螺栓组件（4）的一个螺母，通过调节调节组件（34），使滑块（32）相对远离或靠近支撑板（1）中心移动，即可调整旋转件（6）的调节轴（61）绕x轴方向的旋转角度，调节结束后，锁紧多个螺栓组件（4）；

所述步骤5）的具体实施方式为：松开每个螺栓组件（4）的一个螺母，对于位于一侧边斜面（11）两端的两组第一顶进结构（3），通过调节调节组件（34），使一组的滑块（32）相对远离支撑板（1）中心移动一定距离，另一组的滑块（32）相对靠近支撑板（1）中心移动相同距离，即可调整旋转件（6）的调节轴（61）绕y轴方向的旋转角度，调节结束后，锁紧多个螺栓组件（4）；

所述步骤6）的具体实施方式为：松开每个螺栓组件（4）的一个螺母，通过调节三组第二顶进结构（5）的螺钉（52），使螺钉（52）端头与支撑板（1）侧壁保持间隙；通过调节剩余一组第二顶进结构（5）的螺钉（52），使螺钉（52）端头相对靠近支撑板（1）中心移动，即可调整旋转件（6）的调节轴（61）向x轴或y轴方向的位移；调节结束后，通过调节三组第二顶进结构（5）的螺钉（52），使螺钉（52）端头与支撑板（1）侧壁接触，然后锁紧多个螺栓组件（4）；

所述步骤7）的具体实施方式为：松开每个螺栓组件（4）的一个螺母，通过调节四组第二顶进结构（5）的螺钉（52），使得只有一个螺钉（52）与支撑板（1）侧壁接触，通过调整所述螺钉（52），使螺钉（52）端头相对靠近支撑板（1）中心移动，即可调整旋转件（6）的调节轴（61）绕z轴方向的旋转角度；调节结束后，通过调节四组第二顶进结构（5）的螺钉（52），使其余七个螺钉（52）端头与支撑板（1）侧壁接触，然后锁紧多个螺栓组件（4）。

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